(57)【要約】【課題】  Ｘ線像を光電変換により電子光学的に拡大するＸ線用光電変換型イメージング管において、低倍率でも像歪みが少なく、連続的に倍率を調整できるイメージング管を提供する。【解決手段】  光電変換面１を最上流に設置し、軸心部に電子流路２、最下流にＸ線受光面３および電子線可視化装置４を配し、光電変換面１の周囲にカソードレンズ５を、さらにカソードレンズ５の外周部に対物レンズ６を配し、対物レンズ６の下流にソレノイドレンズ７が対物レンズ６の内周面に包有されるように電子流路２周囲を配し、さらに下流に視野レンズ８、投射レンズＡ９、投射レンズＢ１０、偏向マグネット１１を順に電子流路２を取り囲むように設置している。【選択図】  図１
2006344533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換面と、電子像拡大レンズ系と、電子像可視化装置を備え、該光電変換面により入射光像から変換されて得られる光電子像を該電子像拡大レンズ系により電子光学的に結像・拡大して該電子像可視化装置に投影し拡大像として可視化するＸ線光電変換型イメージング管であって、前記電子像拡大レンズ系が前記光電変換面に生じた光電子を加速する加速陽極と、対物レンズとして作用する対物電磁コイルと、該対物電磁コイルの直近下流に配される対物補助電磁コイルと、更に下流に配され投射レンズとして作用する投射電磁コイルを備え、通電時に該対物補助電磁コイルが発生する磁場が該対物電磁コイルが発生する電磁界の下流側面の磁場勾配の変化率を緩和することを特徴とするＸ線光電変換型イメージング管。
【請求項２】
通電時に該対物電磁コイルの電磁界の略極大点に前記光電変換面が位置し、前記加速陽極の電界に前記対物電磁コイルの電磁界が界浸するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線光電変換型イメージング管。
【請求項３】
前記対物補助電磁コイルと前記投射電磁コイルの間に視野レンズとして作用する視野電磁コイルが配されていることを特徴とする請求項１または２に記載のＸ線光電変換型イメージング管。
【請求項４】
前記対物補助電磁コイルが１個以上の磁極を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のＸ線光電変換型イメージング管。
【請求項５】
前記対物補助電磁コイルの少なくとも一部が前記対物電磁コイルの内側に位置することを特徴とする請求項１から４に記載のＸ線光電変換型イメージング管。
【請求項６】
前記対物電磁コイルと前記対物補助電磁コイルに流す電流値が調整可能であり、該対物電磁コイルと該対物補助電磁コイルの電流値を変化させることにより連続的に拡大倍率を変化させることを特徴とする請求項１から５に記載のＸ線光電変換型イメージング管。
【請求項７】
前記投射電磁コイルの下流に電子流偏向素子を備え、前記入射光の入射軸の延長線上から外れた部位に前記電子像可視化装置が位置することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のＸ線光電変換型イメージング管。
【請求項８】
前記光電変換面に入射する前記入射光が極端紫外光であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のＸ線光電変換型イメージング管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線像や極端紫外光像に応じて光電変換面から放出される光電子を電子光学的に拡大・結像して観察するＸ線用光電変換型イメージング管に関し、特に１０〜数１００倍程度の低倍率観察に用いるＸ線用光電変換型イメージング管に関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代の半導体用リソグラフィ技術として、１３．５ｎｍの極端紫外光を利用し、最小線幅３５ｎｍを持つ半導体デバイスの製作を実現する極端紫外光リソグラフィが提案されている。この極端紫外光リソグラフィでは多層膜反射型マスクを利用するが、マスクの欠陥検査技術の開発が現在の課題となっている。多層膜反射型マスクのマスク欠陥には黒欠陥、白抜け欠陥、異常突起欠陥、位相型欠陥などがある。その中でも位相型欠陥が最も検出が難しく従来の検出装置では検出が困難なことから、検出技術の開発が精力的に行われているところである。位相型欠陥の検出方法として、マスクパターンを拡大して直接観察し、かつ位相差干渉計と同時に観察する方法が提案されている。この検出器としてＸ線イメージング管が利用される。
【０００３】
位相型欠陥の検出には軟Ｘ線（極端紫外光）干渉顕微鏡により光の位相差を直接干渉で観察する方法が検討されている。Ｘ線像を拡大観察する装置には、斜入射ミラー、シュバルツシルト型、ゾーンプレート型などがあるが、いずれも装置が大型になる上、視野が大きくとれず、構造上倍率を連続的に変化させることが出来ない。そこで、例えばシュバルツシルト型の干渉顕微鏡などによりＸ線像を３０倍程度まで拡大し、更にＸ線用光電変換型イメージング管で数１０倍に拡大して１０００倍程度の可視像を得る方法が模索されている。
【０００４】
Ｘ線用光電変換型イメージング装置として、例えば特許文献１にＸ線顕微鏡装置が開示されている。図７は開示発明のＸ線顕微鏡装置のイメージング装置部分を概念的に表した模式図である。図中では省略した放射線源から放出され試料を透過したＸ線が光電面に入射すると、光電面の光電変換効果により照射Ｘ線の一部が光電子に変換され、光電面の下流側にＸ線像に応じた光電子像が形成される。この光電子像をカソードレンズで下流方向に加速して引き出し、電磁コイルにより形成される対物レンズ、投射レンズで収束、拡大して受光面に結像し、ＣＣＤカメラ等の電子線検出素子で検出・可視化することで観察に供している。
【０００５】
開示発明のＸ線顕微鏡装置では、装置の小型化のため放射線源としてレーザープラズマＸ線装置を利用している。レーザープラズマＸ線装置はシンクロトロン放射光を利用する装置と比べて非常に小型であり、実験室や工場に容易に導入することが出来るが、反面、線量が比較的小さい。したがって、光電面に入射する光量が小さく、得られる光電子像は暗くなる。  
【０００６】
光電変換面などの物面で発生する電子をカソードレンズで加速して検出する装置において、分解能を決定するものとして、発生する電子のエネルギー分布幅、加速電界の大きさ、物面でのレンズ界強度の３点が主要因であることが知られている。電子エネルギー分布幅が小さいほど、加速電界が大きいほど、レンズ界強度が大きいほど分解能は高くなる。
【０００７】
電子エネルギー分布の幅は光電変換面の材質や入射Ｘ線の単色性に依存する。このため、電子エネルギー分布の幅を小さくするためには入射Ｘ線の波長を一定にし、適切な光電変換面材料を用いることが望ましい。しかし、Ｘ線を電子に変換する際の光電変換効率が実用的であるような光電変換面材料や入射Ｘ線の波長は限られているため、入射Ｘ線の波長を極端に絞り込まず、光電変換により発生した電子のエネルギー分布を分光器や絞りによって制限する方法が一般的である。この方法では、電子像を構成する電子の一部分しか用いることができないため、電子像の明るさが暗くなる問題がある。
【０００８】
加速電界を大きくするには、加速電圧を印加する電極間の距離を短くする方法と印加電圧を大きくする方法がある。しかし、真空中での高電圧印加は放電の危険性があり、どちらの方法を取っても装置を安定して利用するためには限界がある。
【０００９】
そこで、レンズ界強度を大きくして分解能を高める方法として界浸レンズが利用されている。界浸レンズとは、カソードレンズの加速電界にカソードレンズの下流に位置する対物レンズの電磁界を界浸させてレンズ界強度を確保するものである。界浸レンズを利用した装置では、物面が対物レンズの電磁界の極大点に位置するように対物レンズを配してカソードレンズの電界に対物レンズの電磁界を重畳させ、対物レンズの磁場強度を大きくすることでレンズ界強度を高めて高分解能を確保している。
【００１０】
磁場強度Ｂｚ（ｚ）について、コイル巻き数Ｎ、電流値Ｉ、真空の透磁率μ0とすると、アンペアの法則
∫Ｂｚ（ｚ）ｄｚ＝μ0ＮＩ
が成り立つ。そこで、磁極材料やコイルに流せる電流値には物理的に制限があるため、電子が流れる方向をｚ軸とすると、図８に表すように磁場成分のｚ軸分布を狭くして対物レンズの磁場強度を高めている。なお、コイル巻き数Ｎ、電流値Ｉを一定とすると、グラフ上、磁場分布曲線とｚ軸が囲む面積が一定となる。したがって、磁場成分のｚ軸分布を広くすると図中点線で表すように物面上での磁場強度が低くなる。
【００１１】
しかし、磁場強度を高くすると、得られる像の歪みが大きくなる問題があった。磁場の中心軸をｚ軸とし、これと垂直方向にｘ軸、ｙ軸を取ると、軸方向の磁場Ｂｚ（ｚ）は以下のように表される。
Bz(x,y,z)=Bz(z)-((x2+y2)Bz"(z)/4)+((x2+y2)2Bz(4)(z)/64)-・・・
したがって、電子の軌道がｚ軸から離れるほど、すなわちｘやｙが大きくなるほどｚ軸方向の磁場強度が小さくなる。この磁場強度の差により、電子がレンズ上で通過する部位により電子軌道の曲率が異なることとなる。これにより像の中心部と周辺部で実効倍率に差が生じ、検出面上に結像した像の特に周辺部に歪みが生じている。
【００１２】
また、上式より、ｘ、ｙの変化にかかるｚ軸方向の磁場強度の変化量は第一近似としてｚ軸上の磁場強度分布Ｂｚ（ｚ）の二階微分Ｂｚ”（ｚ）すなわち磁場分布の曲率に比例する。したがって、対物レンズの磁場強度を高めるためにｚ軸分布を狭くするほど、磁場分布のグラフの傾きが急峻になり、電子軌道にかかる実効倍率の変化量が大きくなって観察される像の歪みが大きくなる。
【００１３】
開示発明のＸ線顕微鏡装置は１０００倍以上の高倍率で観察することを目的に設計されている。高倍率下での観察においては、試料位置での視野範囲が小さく、すなわち、上式中のｘ、ｙの値が小さいため、観察される像の歪みも小さかった。したがって、磁場強度のｚ軸分布を狭くすることで対物レンズの磁場強度を高めて分解能を確保する方法が有効であった。しかし、この方法で得た光電子像を数１０倍程度の低倍率、広視野で観察すると、図９に示すような樽状もしくは糸巻状の歪みが顕著に表れ、実用上観察に堪えなかった。
【００１４】
また、従来のＸ線顕微鏡装置では、低倍率域で倍率を連続的に変化させることができないという問題もあった。開示発明のようなＸ線顕微鏡装置では、光電面、電子像検出器および各電磁レンズの位置が固定されているため、倍率を変化させる場合に操作しうるパラメーターは対物レンズの電流値と投射レンズの電流値のみである。なお、投射レンズを２段備えているが、２つの投射レンズは全く同じ形状で、向きのみが逆の同じ電流値を流す構造になっているため、倍率に関して異なるパラメーターとして利用することはできない。
【００１５】
対物レンズの電流値と投射レンズの電流値を使って倍率およびピント調整を行うため、投射レンズの電流値を定めれば撮像ピントの合う対物レンズの電流値および倍率が決まることになる。このため、投射レンズの電流値により倍率が一意に決まり、投射レンズの電流値を横軸に、倍率を縦軸に取ったグラフが倍率曲線として表される。
【００１６】
図１０に開示発明のＸ線顕微鏡装置における倍率曲線を示した。投射レンズの電流値を０から増やしていくと数１０倍程度の倍率から急激に倍率が低下し、倍率が限りなく０に近づく。更に投射レンズの電流値を増やすと倍率が大きくなって再び数１０倍程度の倍率となり、またあるところから倍率が小さくなり始める領域がある。ここでも倍率を増やしていくと急激に倍率が低下して像が限りなく縮小される領域がある。この領域より電流値を上げていくと数１０倍程度まで急激に倍率が上昇し、その後倍率が数１００倍を超えて徐々に大きくなっていく。
【００１７】
したがって、数１０倍程度の倍率で観察している状態から倍率を上下させようとすると、電流値の変化に対して倍率の変化が比例せず、電流値の変化に対して倍率の変化量および方向が一様でない上、電流値に対して倍率が過敏に反応する領域があるため非常に制御が困難である。また、電流値に対して倍率の変化量が大きい領域では図中に表したように樽型、糸巻き型の像歪みが顕著に表れ、観察に堪えなくなっている。
【００１８】
そのため、開示発明のＸ線顕微鏡装置では撮像の歪みがキャンセルされる図中点Ａの一点、および電流値に対して倍率が線形に変化する図中Ｂで示した倍率数１００倍以上の領域のみが実用に供されており、従来技術のＸ線顕微鏡装置では数１０〜２００倍程度の倍率で倍率を連続的に変化させることができなかった。
【００１９】
さらに、対物レンズの磁場強度を強くした状態で低倍率の像を得ようとすると対物レンズの焦点距離が短くなるが、対物レンズと投射レンズの距離が不変であるため、結像させることができる倍率が自ずと制限される。したがって、分解能を確保したまま低倍率の像を得るためには対物レンズで一度目標とする倍率以上の高倍率まで拡大し、投射レンズで縮小し直す必要があった。このことも像歪みを起こす原因となっていた。
【特許文献１】特開第２００３−４３２００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明が解決しようとする課題は、Ｘ線像を光電変換により電子光学的に拡大するＸ線用光電変換型イメージング管において、低倍率でも像歪みが少なく、連続的に倍率を調整できるイメージング管を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
かかる課題を解決するため本発明のＸ線光電変換型イメージング管は、光電変換面と、電子像拡大レンズ系と、電子像可視化装置を備え、電子像拡大レンズ系が光電変換面に生じた光電子を加速する加速陽極と、対物レンズとして作用する対物電磁コイルと、対物電磁コイルの直近下流に配される対物補助電磁コイルと、更に下流に配され投射レンズとして作用する投射電磁コイルからなり、通電時に対物補助電磁コイルが発生する磁場が対物電磁コイルが発生する電磁界の下流側面の磁場勾配の変化率を緩和することを特徴とする。
【００２２】
光電変換面は金またはカーボンの薄膜とヨウ化セシウム膜との２層構造体薄膜などの光電変換素子で組成し、電子像可視化装置は蛍光面やＣＣＤ素子面などを用いて形成する。本発明のＸ線光電変換型イメージング管は、外部で発生したＸ線像を光電変換面に結像し、光電変換面の光電変換効果により入射Ｘ線像に応じた光電子像を光電変換面の下流側に形成し、加速陽極により光電子を加速して引き出し、電子像拡大レンズ系で電子光学的に拡大・結像して電子像可視化装置に投影し、電子像可視化装置により電子像を可視光線像に変換して可視化し、拡大像として観察に供するものである。
【００２３】
光電変換面下流面で生じる光電子を効率的に加速するために、加速陽極の電界と対物レンズの電磁界を界浸させ、界浸レンズとしている。界浸レンズにおいては、得られる撮像の解像度を上げるために対物レンズの電磁界の磁場を大きくするのが望ましいが、反面、対物レンズの磁場を強くするためには磁場分布幅を狭くしなければならず、電磁界のｚ軸方向の磁場分布のグラフの曲率が大きくなり、低倍率域では得られる撮像の歪みが大きくなるという問題があった。
【００２４】
そこで、本発明のイメージング管では、対物レンズの直近下流に対物レンズの電磁界より強さが小さく分布幅が大きい電磁界を持つ対物補助レンズを設け、対物レンズの電磁界の下流側に対物補助レンズの電磁界を接させて磁場の分布幅を広げ、分布の変化率を小さくしている。すなわち、対物レンズの磁場の立ち下がり曲線から対物補助レンズの磁場の立ち下がり曲線を張り出すことにより磁場分布のグラフのテーリング特性を穏やかにしている。これによりレンズの中心軸付近を通過する電子とレンズの周辺部を通過する電子にかかる実効倍率の差を小さくし、得られる撮像の像歪みを小さくすることができる。
【００２５】
なお、磁場分布が広いレンズを形成するためにはコイル径を大きくし、磁場を発生させる磁極やコイルを軸から遠い位置に配置すればよいが、コイル径を大きくすると効率が悪くなり、発熱等が問題になりやすくなる。したがって、ソレノイドレンズに数個の磁極を配して磁場分布が均一になるようにすると良い。
【００２６】
また、本発明のイメージング管では、対物レンズの下流に対物補助レンズを挿入したため、対物レンズと対物補助レンズの電流値を調整することで倍率を変化させることができるようになった。投射レンズの電流値をある倍率範囲では一定とし、対物レンズと対物補助レンズの電流値を調整して倍率とピントを調整することができる。さらに、投射レンズの電流値を変更することで異なる倍率レンジで観察を行うことができる。さらに、対物レンズ、対物補助レンズ、投射レンズの３種のレンズを倍率調整に用いることで、同倍率でも異なる電流値の組み合わせを設定することができ、最も歪みが小さく像が鮮明に見える組み合わせを選択して観察を行うことができる。
【００２７】
一方、対物補助コイルと投射コイルの間に視野レンズとして作用する視野コイルを追加してもよい。従来の構成の電子像拡大レンズ系では、光電子像を拡大・結像する途中で電子像を形成する電子流の径がレンズ径より大きくなり、電子流の一部がレンズを通過しないことがあった。すなわち、例えば対物レンズで作られた像の一部しか投射レンズの有効外径内に入射せず、投射レンズの有効外径より外を通る電子流は投射レンズにより像面に結像されないこととなった。そのため視野が投射レンズの有効外径により制限されていた。しかし、このレンズ外径より外側を通る電子流は撮像の周辺部に当たるため、従来の１０００倍以上での観察を目的としたＸ線電子顕微鏡では観察対象とならない部位に相当し、問題になることはなかった。
【００２８】
反面、本発明のＸ線光電変換型イメージング管は、特に低倍率で観察することを目的としており、従来のＸ線電子顕微鏡より遙かに大きい視野を観察するため、像の周辺部も観察に供されるようになり、撮像周辺部の欠損が視野を直接制限する要因になる。したがって、対物補助レンズと投射レンズの間に視野レンズを挿入し、周辺部の視野を確保すると良い。視野レンズを挿入すると、対物レンズおよび対物補助レンズから射出した電子流を全て視野レンズに受け、視野レンズで収束して全ての電子流を投射レンズに入射させることができる。これにより低倍率・広視野でも像の周辺部を欠落させることなく可視化することができる。
【００２９】
また、本発明のＸ線光電変換型イメージング管は、投射電磁コイルの下流に偏向マグネット等からなる電子流偏向素子を備え、入射Ｘ線の照射軸の外に電子像可視化装置を配置すると良い。本発明のイメージング管では光電変換面で入射Ｘ線を電子線に変換しているが、光電変換面では一部のＸ線しか電子線に変換されず、大部分の入射Ｘ線は電子線と共に電子像拡大レンズ系を通過して電子像可視化装置に照射している。この電子像可視化装置に照射する多量のＸ線が、得られる可視像のバックグラウンドノイズの原因になっている。したがって、投射レンズの下流に偏向マグネットを挿入して電子線のみを偏向させ、電子線の走軸と入射Ｘ線の照射軸を分離して、電子線像のみが偏向先に設置した電子像可視化装置に結像するように配置すると、より鮮明な像を得ることができる。
【００３０】
なお、本発明のＸ線光電変換型イメージング管の光電変換面に入射する入射光は、Ｘ線に限らず、例えば軟Ｘ線と呼ばれる領域の光線や極端紫外光であって良いことは言うまでもない。
【発明の効果】
【００３１】
以上説明したとおり、本発明のＸ線光電変換型イメージング管によれば、低倍率でも像歪みが小さく、かつ低倍率領域で連続的に倍率を変化させることができるイメージング管を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本実施例のＸ線光電変換型イメージング管は、対物レンズの直近下流にソレノイドレンズを設置し、対物レンズの電磁界の下流側にソレノイドレンズの電磁界を接させて磁場のテーリング特性を穏やかにすることで撮像の歪みを解消したことに特徴がある。また、ソレノイドレンズを追加したことにより、広範囲の倍率レンジにおいて倍率を連続的に変化させることが可能になった。
以下、図面を用いて、本発明のＸ線光電変換型イメージング管の最良の形態を詳細に説明する。
【００３３】
図１は本発明の１実施例にかかるＸ線光電変換型イメージング管の構成を模式的に示した断面図である。
光電変換面１が最上流に位置し、軸心部に電子流路２、最下流にＸ線受光面３およびＣＣＤカメラなどの電子線可視化装置４が配されている。光電変換面１の周囲をカソードレンズ５が覆っており、さらにカソードレンズ５の外周部に対物レンズ６が配されている。対物レンズ６の下流にソレノイドレンズ７が対物レンズ６の内周面に包有されて電子流路２周囲に配され、さらに下流に視野レンズ８、投射レンズＡ９、投射レンズＢ１０、偏向マグネット１１が順に電子流路２を取り囲んで設置されている。
【００３４】
光電変換面１は金薄膜とヨウ化セシウム膜の２層構造体薄膜で形成され、金薄膜側からＸ線が入射すると、Ｘ線を光電子に変換し、ヨウ化セシウム膜側にＸ線像に応じた電子像を発生させる。発生した電子像はカソードレンズ５及び対物レンズ６により下流方向に加速され、電子流路２に引き込まれる。電子流路２内に入射した電子像は、対物レンズ６およびソレノイドレンズ７により拡大され、視野レンズ８に収束する。視野レンズ８は投射された電子流を全て投射レンズＡ９に転送し、視野の欠けを予防している。投射レンズＡ９および投射レンズB１０は電子像をさらに拡大し、偏向マグネット１１を経て電子線可視化装置４に結像する。
【００３５】
電子線可視化装置４は入力された電子像を電気信号に変換し、図示しない画像処理装置に転送する。画像処理装置にて画像処理を行いディスプレイに拡大像を表示して観察に供している。
なお、光電変換面１に入射したＸ線のうち光電変換面１を透過したものは、電子流路２を直進し、Ｘ線受光面３に到達して吸収される。偏向マグネット１１部で電子線が偏向するのに対し、Ｘ線は偏向マグネット１１の影響を受けずに直進するため、Ｘ線が電子線可視化装置４に照射しない。したがって、Ｘ線が撮像の鮮明さに悪影響を及ぼすことはない。
【００３６】
図２に対物レンズ６、ソレノイドレンズ７により形成される磁場の分布をグラフで示した。対物レンズ６の磁場の極大点２１付近に光電変換面１が位置しており、図２上に現れないが、同位置にカソードレンズ５の電界が存在している。上流側に対物レンズ６の磁界２２が、下流側にソレノイドレンズ７の磁界２３が存在している。それぞれのレンズが発生する磁場の理論値を破線で表し、双方のレンズの効果により実際に形成されている磁場の分布曲線を実線で示した。
【００３７】
光電変換面１から発生する光電子を効果的に加速して像の分解能を確保するためには一義的にはカソードレンズ５の電界を強くすることが望ましいが、真空中でカソードレンズ５の電界を強くすると放電の危険が高まるため、機器の安定稼働の観点から困難であった。そこで、カソードレンズ５の電界と対物レンズ６の電磁界を重畳させ、カソードレンズ５の電界に加えて対物レンズ６から強磁場をかけることにより光電子を加速している。
【００３８】
しかし、対物レンズ６の磁場を強くするためには磁場分布幅を狭くする必要があるため、磁場分布の立ち下がり曲線の曲率が大きくなることにより像が歪むという問題があった。そこで本実施例のＸ線光電変換型イメージング管では、対物レンズ６の下流にソレノイドレンズ７を追加し、対物レンズ６の磁界２２の下流側にソレノイドレンズ７の磁界２３を接させて磁場分布幅を広くしている。
【００３９】
像の歪みは電磁界の中心軸上を通る電子流と周辺部を通る電子流にかかる実効倍率に差が出ることで生じている。この実効倍率の差は近似的に中心軸からの距離の２乗および電磁界の曲率に比例する。したがって、ソレノイドレンズ７を追加し、電磁界の曲率すなわち磁場勾配の変化率を穏やかにすることで歪みを軽減している。
【００４０】
図３および図４に本実施例のＸ線光電変換型イメージング管で径約１００μｍのメッシュ孔を約１５倍で観察した結果を示した。図３は対物レンズ６の磁場の方向とソレノイドレンズ７の磁場の方向を同一にして観察しており、実用時と同条件で撮影したものである。図４は実験的に対物レンズ６の磁場とソレノイドレンズ７の磁場を逆方向に設定して撮影を行ったものである。図５はそれぞれの状態での中心軸上の磁場分布を表したグラフであり、実線が対物レンズ６とソレノイドレンズ７の磁場を同方向にした状態、破線が逆方向にした状態である。
【００４１】
図３ではメッシュが直線状に整列しているのに対し、図４では特に視野の左側部において孔の並びが湾曲している。また、左上部の孔にも歪みが表れている。歪みは更に広い視野で観察すると一層顕著になる。この歪みの差は、図５におけるグラフの曲率の差が現れたものである。対物レンズ６とソレノイドレンズ７の磁場を逆方向に設定して計測した磁場分布曲線、すなわち図５中破線で示されるグラフにおいて、特に原点付近５１、Ｚ＝０．０５付近５２、Ｚ＝０．１２付近５３の曲率が図中実線のグラフより大きくなっており、この影響で図３には現れない歪みが図４に現れている。
【００４２】
ソレノイドレンズ７が存在しない状態では、図示しないが、対物レンズ６の磁場分布の立ち下がり曲線の足がＺ＝０．００５付近でＺ軸方向に大きく偏向して曲率が大きくなっており、得られる像の歪みが大きくなっている。
一方、図中実線で表したように、ソレノイドレンズ７を追加し、磁場を対物レンズ６と同じ方向に設定した状態では、対物レンズ６の磁場の極大点となる原点付近以外では特に曲率が大きくなるところがなく、テーリング特性が穏やかな曲線になっている。そのため図３では歪みがほとんど観察されない。
以上のように、ソレノイドレンズ７を追加したことで磁場勾配の変化率を著しく縮小し、得られる撮像の歪みを効果的に低減することができた。
【００４３】
なお、図５中、Ｚ＝０．１４付近の極小点５４は視野レンズ８の磁場の極大点であり、Ｚ＝０．１５付近の極大点５５及びＺ＝０．２付近の極大点５６はそれぞれ投射レンズＡ９及び投射レンズＢ１０の磁場の極大点である。従来のＸ線顕微鏡は、２段の投射レンズを同一の形態とし、同型で逆方向の磁場を持つように設計されていたが、本実施例のＸ線光電変換型イメージング管は、投射レンズＡ９、投射レンズＢ１０の磁場をそれぞれ独立に調整できる形態となっている。
【００４４】
また、本実施例のＸ線光電変換型イメージング管では、ソレノイドレンズ７を追加したことで、対物レンズ６とソレノイドレンズ７の電流値を独立に設定することができるようになり、従来のＸ線顕微鏡に比べて調節できる設定値が増加した。このため、視野レンズ８及び投射レンズＡ９、投射レンズＢ１０の電流値の組み合わせを目的とする倍率に応じて最適な値に固定し、対物レンズ６とソレノイドレンズ７の電流値を調整することで倍率とピントの調整が可能になった。
【００４５】
図６にソレノイドレンズ７の電流値を横軸に取った倍率曲線を示した。図６では、視野レンズ８、投射レンズＡ９、投射レンズＢ１０の電流値を固定し、投射レンズ６、ソレノイドレンズ７の電流値を変化させることでピントを合わせながら倍率を測定している。ソレノイドレンズ７の電流値を変化させると倍率及びピントが変化するが、それに応じてピントを合わせるための対物レンズ６の電流値は一意に決まるため、ソレノイドレンズ７の電流値により倍率を示すことができる。
【００４６】
視野レンズ８、投射レンズＡ９、投射レンズＢ１０の電流値をそれぞれ調整することで、目的の倍率レンジにおいて、歪みがもっとも抑制され、かつ視野が大きくとれるような電流値の組み合わせを設定することができる。図６中の３本の曲線は視野レンズ８、投射レンズＡ９、投射レンズＢ１０の電流値の組み合わせを３パターン設定してソレノイドレンズ７の電流値に対する倍率曲線を測定したものである。
【００４７】
グラフ６中、３本の曲線共に倍率の減少関数になっており、それぞれのレンジにおいてグラフがほぼ直線になる部位が幅広くある。たとえば、三角点で表した曲線においては１０倍から４０倍程度、丸点で表した曲線においては４０倍から１５０倍程度、四角点で表した曲線においては１００倍から３００倍程度でグラフが直線になっている。
【００４８】
したがって、視野レンズ８、投射レンズＡ９、投射レンズＢ１０の電流値の組み合わせを目的の倍率レンジに応じて設定し固定することで、様々なレンジにおいてソレノイドレンズ７と対物レンズ６の電流値を用いてズーミングを行うことができる。ソレノイドレンズ７の電流値に対して倍率がほぼ線形に変化するため制御も非常に容易である。
【００４９】
さらに本実施例のＸ線光電変換型イメージング管では、対物レンズ６の磁場強度を大きくした場合でもソレノイドレンズ７の電流値を調整することで焦点距離を長くすることができる。さらに、視野レンズ８が電子流を投射レンズＡ９に転送するため、焦点距離を確保するために対物レンズ６の倍率を不要に大きくする必要がない。したがって、ソレノイドレンズ７と視野レンズ８を追加したことで、低倍率域でも像を一度拡大してから縮小する必要が無くなり、撮像に歪みが生じる要因を削減することができた。
【００５０】
以上詳細に説明したように、本実施例のＸ線光電変換型イメージング管によれば、低倍率でも像歪みが小さく、倍率を連続的に変化させることができるイメージング管を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の１実施例にかかるＸ線光電変換型イメージング管の構成を模式的に示した断面図である。
【図２】対物レンズおよびソレノイドレンズにより形成される磁場の分布を示すグラフである。
【図３】本実施例のＸ線光電変換型イメージング管で径約１００μｍのメッシュ孔を約１５倍で観察した結果写真である。
【図４】本実施例のＸ線光電変換型イメージング管で径約１００μｍのメッシュ孔を約１５倍で観察した別の結果写真である。
【図５】本実施例のＸ線光電変換型イメージング管で測定した中心軸上の磁場分布を表したグラフである。
【図６】ソレノイドレンズの電流値を横軸に取った倍率曲線である。
【図７】従来型のＸ線顕微鏡装置のイメージング装置部分を概念的に表した模式図である。
【図８】従来型の対物レンズのＺ軸上における磁場分布を表すグラフである。
【図９】従来型のＸ線顕微鏡装置で撮影した際の歪みを表す概念図である。
【図１０】従来型のＸ線顕微鏡装置における倍率曲線である。
【符号の説明】
【００５２】
１  光電変換面
２  電子流路
３  Ｘ線受光面
４  電子線可視化装置
５  カソードレンズ
６  対物レンズ
７  ソレノイドレンズ
８  視野レンズ
９  投射レンズＡ
１０  投射レンズＢ
２１、５５、５６  極大点
２２  対物レンズの磁界
２３  ソレノイドレンズの磁界
５１、５２、５３  点
５４  極小点
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図３】
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【図４】
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